KR20200014317A - 납산 배터리 - Google Patents

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KR20200014317A
KR20200014317A KR1020197036385A KR20197036385A KR20200014317A KR 20200014317 A KR20200014317 A KR 20200014317A KR 1020197036385 A KR1020197036385 A KR 1020197036385A KR 20197036385 A KR20197036385 A KR 20197036385A KR 20200014317 A KR20200014317 A KR 20200014317A
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프랭크-토마스 존스
우베 비톰스키
안드레아스 더덴보스텔
매튜 에이. 스펜스
카비 쥐. 로가나탄
칭팡 시
코르넬리아 브렌델
Original Assignee
씨피에스 테크놀로지 홀딩스 엘엘씨
클라리오스 저머니 게엠베하 운트 코. 카게아아
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Abstract

납산 배터리가 개시된다. 납산 축전지는 커버를 갖는 용기를 가지며, 용기는 하나 이상의 격실을 포함한다. 하나 이상의 격실에는 하나 이상의 전지 요소가 제공된다. 하나 이상의 전지 요소는, 양극 그리드, 및 양극 그리드 상의 양극 전기 화학 활성 물질을 갖는 양극판; 음극 그리드, 및 음극 그리드 상의 음극 전기 화학 활성 물질을 갖는 음극판으로서, 음극 전기 화학 활성 물질은 황산바륨 및 유기 증량제를 포함하는, 음극판; 및 양극판과 음극판 사이의 분리기를 포함한다. 용기 내에는 전해질이 제공된다. 하나 이상의 단자 기둥이 커버로부터 연장되며, 하나 이상의 전지 요소에 전기적으로 연결된다.

Description

납산 배터리
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 "개선된 흡수 유리 매트 배터리"란 명칭으로 2017년 6월 9일자로 출원된 미국 가특허출원 일련번호 제62/517,737호; "개선된 흡수 유리 매트 배터리"란 명칭으로 2017년 7월 10일자로 출원된 미국 가특허출원 일련번호 제62/530,718호; "개선된 흡수 유리 매트 배터리"란 명칭으로 2017년 11월 10일자로 출원된 미국 가특허출원 일련번호 제62/584,499호; 및 "개선된 흡수 유리 매트 배터리"란 명칭으로 2018년 4월 23일자로 출원된 미국 가특허출원 일련번호 제62/661,444호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 각각의 전체 내용은 전체적으로 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 배터리 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 납산(lead-acid) 배터리 분야에 관한 것이다.
납산 배터리는 공지되어 있다. 납산 배터리는 전해질 용액 내에 액침되는, 납 판 및 별개의 이산화납 판으로 구성된다. 납, 이산화납 및 전해질은 배터리의 단자가 외부 회로에 연결되는 경우 유용한 작업을 수행할 수 있는 전기 에너지를 저장하는 화학적 수단을 제공한다.
한 가지 유형의 납산 배터리는 밀봉형(예를 들어, 유지 보수가 필요 없음)인 AGM 또는 흡수 유리 매트(absorbent glass mat) 납산 배터리, 또는 보다 구체적으로는, 전극(들) 또는 판(들)에 끼워지거나 그 둘레에 둘러싸이는 매트에 전해질이 흡수되어 유지되는 밸브 조절형 배터리이다. AGM 납산 배터리는 재조합형 배터리로서, 즉 충전 동안 생성된 H2 및 O2가 배터리에서 물로 재조합된다.
AGM 납산 배터리는 다수의 전자 기능부 또는 플러그인 부속품을 갖는 차량에 동력을 제공하는 것에 보다 적합하다는 점에서, 기존의 시동, 조명 및 점화(SLI) 배터리에 비해 유리하다. 또한, AGM 배터리는 연료를 절약하는 시동-정지(start-stop) 차량 기술을 위한 바람직한 솔루션이다.
시동-정지 차량은 배터리에 다양한 요구를 할 수 있다. 또한, 차량은 구성 요소의 전기 부하가 증가하여, 정지 이벤트를 통한 전기 부하가 지원되어야 한다. 차량 제조사는 원활한 고객 경험을 보장하는 비용 효과적이고 신뢰성 있는 에너지 저장 솔루션을 추구하고 있다. 따라서, 납산 배터리의 일관된 신뢰성 있는 성능이 필요하다. 또한, 추가적인 지속성/간헐성 부하를 지원할 수 있고, 최적의 지속 시간 및 정지 이벤트 빈도를 지원할 수 있는 강건한 배터리가 필요하다. 이를 위해, 지속 가능하고 고속의 재충전 가능성(예를 들어, 최적화된 충전 수용률(charge acceptance)) 및 일관된 사이클링 성능을 제공하는 납산 배터리가 필요하다. 따라서, 기존의 장치에 비해 개선된 성능을 갖는 AGM 납산 배터리가 필요하다.
개선된 성능을 갖는 납산 축전지 및 흡수 유리 매트 납산 축전지가 개시된다.
보다 구체적으로는, 납산 배터리가 개시된다. 납산 배터리는 커버를 갖는 용기를 가지며, 하나 이상의 격실(compartment)을 포함한다. 하나 이상의 격실에는 하나 이상의 전지 요소가 제공된다. 각각의 전지 요소는, 양극 그리드, 및 양극 그리드 상의 양극 전기 화학 활성 물질을 갖는 양극판; 음극 그리드, 및 음극 그리드 상의 음극 전기 화학 활성 물질을 갖는 음극판으로서, 음극 전기 화학 활성 물질은 부분적으로, 황산바륨 및 증량제(expander)를 포함하는, 음극판; 및 양극판과 음극판 사이의 흡수 유리 매트 분리기를 포함한다. 용기 내에는 전해질이 제공된다. 하나 이상의 단자 기둥이 용기 또는 커버로부터 연장되며, 하나 이상의 전지 요소에 전기적으로 연결된다.
커버를 갖는 용기를 구비한 다른 납산 축전지가 개시되며, 용기는 하나 이상의 격실을 포함한다. 하나 이상의 격실에는 하나 이상의 전지 요소가 제공된다. 하나 이상의 전지 요소는, 양극 그리드, 및 양극 그리드 상의 양극 전기 화학 활성 물질을 갖는 양극판; 음극 그리드, 및 음극 그리드 상의 음극 전기 화학 활성 물질을 갖는 음극판으로서, 음극 전기 화학 활성 물질은 부분적으로, 황산바륨 및 증량제를 포함하는, 음극판; 및 양극판과 음극판 사이의 분리기를 포함한다. 용기 내에는 전해질이 제공된다. 하나 이상의 단자 기둥이 용기 또는 커버로부터 연장되며, 하나 이상의 전지 요소에 전기적으로 연결된다.
추가적인 납산 축전지가 개시된다. 배터리는 커버를 갖는 용기를 포함하며, 용기는 하나 이상의 격실, 및 하나 이상의 격실에 있는 하나 이상의 전지 요소를 포함한다. 하나 이상의 전지 요소는, 양극 그리드, 및 양극 그리드 상의 양극 전기 화학 활성 물질을 갖는 양극판; 음극 그리드, 및 음극 그리드 상의 음극 전기 화학 활성 물질을 갖는 음극판으로서, 음극 전기 화학 활성 물질은 부분적으로, 하나 이상의 탄소(탄소질 재료), 황산바륨, 및 하나 이상의 증량제를 포함하는, 음극판; 및 양극판과 음극판 사이의 흡수 유리 매트 분리기를 갖는다. 용기 내에는 전해질이 제공되며, 전해질은 하나 이상의 금속 황산염(sulfate)을 포함하는 황산 용액을 포함하고, 금속 황산염은 Al, Mg, Na, K, Li, 및 Zn 원소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 가용성 금속 황산염이다. 하나 이상의 단자 기둥이 용기 또는 커버로부터 연장되며, 하나 이상의 전지 요소에 전기적으로 연결된다.
본 발명에 따른 장치, 시스템, 및 방법의 이러한 특징과 장점, 및 다른 특징과 장점은 실시형태의 다양한 실시예의 이하의 상세한 설명에서 설명되거나 이로부터 명백하다.
본 발명에 따른 시스템, 장치, 및 방법의 실시형태의 다양한 실시예는 이하의 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이며, 도면으로서:
도 1은 본원에서 설명된 실시형태의 하나 이상의 실시예에 따른 흡수 유리 매트 배터리와 함께 사용하기 위한 차량의 사시도이다.
도 2는 본원에서 설명된 실시형태의 하나 이상의 실시예에 따른 흡수 유리 매트 배터리의 사시도이다.
도 3은 커버가 제거된 상태의 도 2에 도시된 흡수 유리 매트 배터리의 사시도이다.
도 4는 본원에서 설명된 실시형태의 하나 이상의 실시예에 따른 흡수 유리 매트 배터리의 분해 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 흡수 유리 매트 배터리와 함께 사용하기 위한, 실시형태의 하나 이상의 실시예에 따른 전지 요소의 부분 측면 정면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 흡수 유리 매트 배터리와 함께 사용하기 위한 예시적인 배터리 그리드의 정면도이다.
도 7은 도 2에 도시된 흡수 유리 매트 배터리와 함께 사용하기 위한 예시적인 배터리 그리드의 추가적인 정면도이다.
도 8은 도 2에 도시된 흡수 유리 매트 배터리와 함께 사용하기 위한 대안적인 예시적인 배터리 그리드의 정면도로서, 예시된 그리드의 섹션 세부사항을 도시한다.
도 9는 산화물의 이봉(bimodal) 입자 크기 분포의 예시적인 도면이다.
도 10은 바톤 포트(Barton Pot) 방법에 의해 생성된 산화물의 예시적인 입자 크기 분포이다.
도 11은 보올 밀(Ball Mill) 방법에 의해 생성된 산화물의 예시적인 입자 크기 분포이다.
도 12는 판 표면 상에 임프린트(imprint)를 갖는 판의 하나 이상의 실시예의 정면도이다.
도 13은 기존의 배터리와 비교하여, 본원에서 설명된 유형의 배터리의 성능 데이터, 즉 동적 충전 수용률을 나타내는 그래프이다.
도면이 반드시 일정한 비율인 것은 아님을 이해해야 한다. 특정한 실시예에서, 본 발명의 이해에 필요하지 않거나 다른 세부사항을 인식하기 어렵게 하는 세부사항은 생략될 수 있다. 물론, 본 발명은 본원에서 예시된 특정 실시형태로 반드시 제한되는 것은 아님을 이해해야 한다.
도면을 참조하면, 배터리(100), 특히 예를 들어, 납산 배터리와 같은 충전식 배터리가 개시된다. 실시형태의 하나 이상의 실시예에 따라, 배터리(100)는 납산 축전지이다. 다양한 실시형태의 납산 축전지는 밀봉형(예를 들어, 유지 보수가 필요 없음) 또는 비밀봉형(예를 들어, 습식)일 수 있다. 실시형태의 하나 이상의 실시예에 따라, 납산 축전지(100)는 바람직하게는, 밀봉형 납산 배터리 또는 AGM 납산 배터리이며, 이를 위해, 흡수 유리 매트(108)(본원에서 "AGM"으로 교환 가능하게 지칭됨)를 포함할 수 있다. 구체적인 실시예가 설명되고 도시되지만, 배터리(100)는 제공된 목적을 위해 적합한 임의의 이차 배터리일 수 있다.
도 1의 차량(102)에 배터리(100)가 제공되어 도시된다. 도 2 내지 도 5를 참조하면, 배터리(100)는 양극판 및 음극판(104, 106)을 갖는 AGM 납산 배터리이며, 양극판 및 음극판(104, 106)은, 배터리의 산 또는 전해질을 흡수하여 유지하고, 배터리(100)의 내부로 자유롭게 유동하는 것을 방지하는 흡수 유리 매트(108)에 의해 분리된다. 작용 전해질 포화도는 수소와 산소의 재조합형 반응을 허용하도록 100% 포화도 아래의 소정 값이다. AGM 납산 배터리(100)는 용기 또는 하우징(114)의 하나 이상의 분리된 격실(112)에 제공되는 다수의 전지 요소(110)를 포함한다. 요소 스택(110)은 삽입 동안 압축될 수 있어서, 분리기(108)의 두께를 감소시킬 수 있다. 용기 또는 하우징(114)을 위한 커버(116)가 제공되어 용기(114)에 밀봉될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 용기(114) 및/또는 커버(116)는 배터리 단자(118)를 포함한다. 또한, 배터리 커버(116)는 하나 이상의 충전제 홀 캡 및/또는 통풍구 조립체(120)를 포함할 수 있다(도 2 참조).
도 4를 참조하면, 판(104, 106)은 전기 전도성 양극 또는 음극 그리드(124, 126) 또는 집전 부재를 포함한다. 양극 페이스트(paste)(128)가 양극 그리드(124) 상에 제공되고, 음극 페이스트(130)가 음극 그리드(126) 상에 제공된다. 보다 구체적으로는, 양극판(104)은, 양극 활성 물질 또는 페이스트(128)를 그 위에 갖거나 지지하는 양극 그리드(124)를 포함하며, 실시형태의 일부 실시예에서, 페이스팅(pasting) 종이, 또는 섬유를 포함하는 직조 또는 부직포 시트 재료(예를 들어, "스크림(scrim)")(132)를 포함할 수 있고, 음극판(106)은, 음극 활성 물질 또는 페이스트(130)를 그 위에 갖거나 지지하는 음극 그리드(126)를 포함하며, 실시형태의 일부 실시예에서, 페이스팅 종이 또는 스크림(132)을 포함할 수 있다. 양극판과 음극판(104, 106) 사이에는 분리기(108)가 위치된다. 본원에서 설명된 바와 같은 보유식 전해질 유형 배터리(100)에서, 분리기(108)는 다공성 및 흡수 유리 매트(AGM)일 수 있다. 일부 실시예에서, 흡수 유리 매트(108)는 또한 추가적인 분리기(도시되지 않음)와 함께 사용될 수 있다; 상업적으로 입수 가능한 다양한 통상적인 분리기가 당업계에 알려져 있다.
복수의 양극판(104) 및 복수의 음극판(106)은 (분리기(108)와 함께) 대체로 전기 화학 전지(110)의 적어도 일부분을 구성한다(도 3 내지 도 5 참조). 나타낸 바와 같이, 각각의 판 세트 또는 전지(110)는 하나 이상의 양극판(104) 및 하나 이상의 음극판(106)을 포함할 수 있다. 따라서, 배터리(100)는 양극판(104) 및 음극판(106)을 포함하며, 보다 구체적으로는 복수의 양극판(104) 및 복수의 음극판(106)을 포함한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 복수의 판 세트 또는 묶음(book) 또는 전지 요소(110)가 전기적으로 연결될 수 있고, 예를 들어, 납산 축전지(100)의 용량에 따라, 직렬로 또는 다른 구성으로 전기적으로 연결될 수 있다. 각각의 그리드는 돌출부(134)를 갖는다(도 4 내지 도 8 참조). 도 3 및 도 4에서, 유사한 극성의 돌출부(134)를 판 세트 또는 전지 요소(110)에 전기적으로 연결하고, 배터리(100)에서 다른 각각의 판 세트 또는 전지 요소(110)를 연결하기 위한 하나 이상의 캐스트온(cast-on) 스트랩 또는 전지간 커넥터(136)가 제공된다. 또한, 하나 이상의 양극 단자 기둥(118a) 및 하나 이상의 음극 단자 기둥(118b)(도 2 내지 도 4)이 제공될 수 있다. 이러한 단자 기둥(118)은 전형적으로 배터리 설계에 따라, 커버 및/또는 용기 벽을 통해 연장될 수 있는 부분을 포함한다. 당업계에 알려진 상부, 측면, 전방 또는 코너 구성을 포함하는 다양한 단자 배치가 가능함을 인식할 것이다.
복수의 양극판(104) 및 음극판(106)은 차량(102)에서 미리 결정된 전압을 갖는 배터리, 예를 들어 12볼트 배터리를 생성하기 위해, 스택 또는 판 세트 또는 전지 요소(110)로 제공될 수 있다. 전지 요소(110) 또는 판 그룹 또는 판 세트의 수는 다양할 수 있다. 또한, (개별 그리드의 크기 및 수를 포함하는) 임의의 특정 그룹의 판(104 및/또는 106)의 크기 및 수, 그리고 배터리(100)를 구성하기 위해 사용된 그룹의 수가 원하는 최종 용도에 따라 다양할 수 있음은 본 명세서를 읽은 후 당업자에게 명백해질 것이다.
본원의 다양한 실시형태에서 설명된 바와 같이, 양극판 및 음극판(104, 106)은 페이스트 유형 전극이다(도 4). 따라서, 각각의 판(104, 106)은 활성 물질(128, 130)과 부착된 그리드(124, 126)를 포함한다. 보다 구체적으로는, 페이스트 유형 전극은 기판으로서 작용하는 그리드를 포함하며, 전기 화학 활성 물질 또는 페이스트가 기판 상에 제공된다. 양극 그리드(124) 및 음극 그리드(126)를 포함하는 그리드는 양극 및 음극 활성 물질 또는 페이스트(128, 130) 사이에 전기 접점을 제공하여 전류를 전도하는 역할을 할 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 실시형태의 하나 이상의 실시예에서, 그리드(124, 126)는 동일하거나 유사할 수 있다. 이를 위해, 그리드(124, 126)는 프레임(137), 및 개방 공간(139)의 패턴을 형성하는 방사상 배열의 그리드 와이어(138)를 갖는 스탬핑된 또는 천공된 완전 프레임형 그리드일 수 있다. 일 실시예에서, 양극 그리드(124) 및 음극 그리드(126)는 모두 이러한 배열을 가질 수 있다. 그러나, 그리드(124, 126)가 상이할 수 있음을 고려한다. 예를 들어, 양극 그리드(124)는 방사상 배열의 그리드 와이어(138)를 갖는 스탬핑된 또는 천공된 완전 프레임형 그리드일 수 있고, 음극 그리드(126)는 컨캐스트(concast)일 수 있거나, 예를 들어, 망상 전신 금속판(expanded metal) 또는 중력 캐스트일 수 있다. 본원에서 설명된 본 발명에 사용하기에 적합한 그리드(124, 126)의 다양한 실시예는 미국 특허 제5,582,936호; 제5,989,749호; 제6,203,948호; 제6,274,274호; 제6,953,641호 및 제8,709,664호에 도시되고 기술되며, 이들은 본원에 참조로 포함된다. 그리드 와이어(138) 배열 및 그리드 유형의 구체적인 실시예가 예시의 목적을 위해 설명되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 배터리(100)의 목적을 위해 적합한 임의의 그리드 구조 또는 배열이 설명된 그리드(124, 126) 대신에 대체될 수 있다. 예를 들어, 상이한 또는 개선된 프로파일을 갖는 음극 그리드(126)가 제공될 수 있다. 실시형태의 하나 이상의 실시예에서, 본원에 참조로 포함되는(그리고 도 8에도 도시되는) 미국 특허 제9,130,232호에 도시된 것과 유사한 프로파일을 갖는 음극 그리드(126)가 제공될 수 있다. 실시형태의 다른 실시예에서, 그리드는 천공형 그리드, 연속 캐스트(컨캐스트) 그리드, 망상 전신 금속판 그리드 등일 수 있다. 실시형태의 일부 실시예에서, 그리드는 또한 표면 조도를 포함할 수 있거나, 또는 다른 이점 중에서 페이스트 접착력을 개선하기 위해 사용될 수 있는 바와 같은, 하나 이상의 상이한 표면 처리(예를 들어, 용매, 계면활성제 및/또는 증기 세정)를 받을 수 있다.
실시형태의 하나 이상의 실시예에 따라, 그리드(124) 재료는 납(Pb) 또는 납 합금(또는 임의의 적합한 전도성 기판, 즉 탄소 섬유)을 포함할 수 있다. 음극 그리드(126)는 양극 그리드(124)와 동일하거나 유사한 재료를 포함할 수 있다. 그러나, 양극 그리드(124)와 음극 그리드(126) 간에 재료 조성이 다를 수도 있음을 고려한다. 실시형태의 일 실시예에서, 양극 및 음극 그리드(124, 126)는 또한 상이한 두께로 형성될 수 있다. 그러나, 그리드(124, 126)는 동일한 두께일 수 있음을 고려한다. 각각의 그리드의 두께는 원하는 제조 및 성능 파라미터에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 두께는 예를 들어, 페이스트 접착력을 위한 최소 요건과 같은 제조 요건, 또는 다른 적합한 파라미터에 따라 결정될 수 있다. 구체적인 실시예가 예시의 목적으로 제공되지만, 특정한 적용예에 적합한 그리드 치수를 제공하도록 이에 대한 변경이 이루어질 수 있다.
보다 상세하게는, 양극판(104)은, 이산화납 활성 물질 또는 페이스트(128)를 그 위에 갖는 금속(예를 들어, 납 또는 납 합금) 그리드(124)를 포함한다. 양극 페이스트(128)에 사용될 수 있는 납 함유 조성물의 실시예는, 미세 분할된 원소 Pb, PbO("일산화납" 또는 "마시콧(massicot)"), Pb3O4("연단(red lead)"), PbSO4("황산납")를 포함하지만 이에 한정되지 않으며, "PbSO4"라는 용어는 이의 연관된 수화물, 및 염기성 황산염(즉, 1PbO.PbSO4, 3PbO.PbSO4.H2O, 4PbO.PbSO4), 및 이들의 혼합물을 또한 포함하는 것으로 정의된다. 납 함유 페이스트 조성물과 관련하여 상이한 재료가 사용될 수 있으며, 본 발명은 임의의 특정 재료 또는 혼합물(첨가된 섬유, 또는 다른 구성 성분)로 제한되지 않는다. 이들 재료는 예를 들어, 배터리(100)의 의도된 사용, 및 배터리에 사용된 다른 재료를 포함하는 수많은 요인에 의해 결정되는 바와 같이, 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
음극판(106)은, 스펀지 납 활성 물질 또는 페이스트(130)를 그 위에 갖는 금속(예를 들어, 납 또는 납 합금) 그리드를 포함할 수 있다. 음극 페이스트(130)는 바람직한 실시형태에서, 양극 페이스트(128)와 실질적으로 유사할 수 있지만, 다를 수도 있다. 음극 페이스트(130)에 사용될 수 있는 예시적인 납 함유 조성물은, 미세 분할된 원소 Pb, PbO("일산화납" 또는 "마시콧"), Pb3O4("연단"), PbSO4("황산납")를 포함하지만 이에 한정되지 않으며, "PbSO4"라는 용어는 이의 연관된 수화물, 및 염기성 황산염(즉, 1PbO.PbSO4, 3PbO.PbSO4.H2O, 4PbO.PbSO4), 및 이들의 혼합물을 또한 포함하는 것으로 정의된다. 또한, 음극 활성 물질(130)은, 활성 물질 구조를 유지하여 특히, 성능 특성을 개선하도록 도울 수 있는 섬유 및/또는 "증량제" 첨가제를 포함할 수도 있다. 납 함유 페이스트 조성물과 관련하여 상이한 재료가 사용될 수 있으며, 본 발명은 임의의 특정 재료 또는 혼합물(첨가된 섬유, 또는 다른 구성 성분)로 제한되지 않는다. 이들 재료는 예를 들어, 배터리(100)의 의도된 사용, 및 배터리에 사용된 다른 재료를 포함하는 수많은 요인에 의해 결정되는 바와 같이, 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
실시형태의 하나 이상의 실시예에 따라, 활성 물질 또는 페이스트(128 및/또는 130)는 기존의 AGM 배터리에 비해 개선된 조성 또는 제조법(recipe)을 가질 수 있다. 바람직하게는, 활성 물질 조성 또는 제조법은 기존의 AGM 배터리에 비해 변경되거나 개선된 충전 수용 성능 및/또는 효율(예를 들어, 동적 충전 수용률)을 제공하면서도, CCA(-18℃에서의 냉간 크랭킹 암페어) 성능 및 수명 성능을 유지하거나 개선한다. 일부 실시예에서, 동적 충전 수용률은 기존의 AGM 배터리의 성능의 2배보다 더 클 수 있다. 실제로, 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 오늘날 시장에 나와 있는 기존의 상업용 배터리에 비해, 일부 현재의 상업용 배터리와 비교하여, 본원에 개시된 배터리는 최대 5배 더 우수하게 작동될 수 있으며(예를 들어, 도 13 참조; 0.79/0.13=5x), 다른 현재의 상업용 배터리와 비교하여, 적어도 2배 더 우수하게 작동될 수 있다(예를 들어, 도 13 참조; 0.79/0.326=2x). EN50342 DCA 테스트에서 현재 산업계 평균은 약 0.3A/Ah이다. 이에 비해, 본원에 개시된 배터리(100)는 본원에서 설명된 다양한 개선점에 따라 약 0.78 내지 0.79 A/Ah로 작동될 수 있다(도 13 참조).
산화납은 금속 그리드 상으로 확산되는 페이스트를 제조하기 위해 사용된다. 화학 전환 후에, 페이스트는 활성 물질이 된다. 산화납은 순수 납 금속을 공기 중의 산소와 반응시킴으로써 제조된다. 다양한 실시예에서, 활성 물질 페이스트(128 및/또는 130)를 제조하기 위해 사용되는 납 함유 산화물의 입자 크기 분포는 긴밀하게 제어될 수 있다. 즉, 의도된 목적을 위해 특정한 또는 바람직한 입자 크기 분포가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 양극 전기 화학 활성 물질은 납 함유 산화물의 이봉 입자 크기 분포를 갖는 양극 산화물을 가질 수 있다(도 9 참조). 예를 들어, 양극 산화물은 예를 들어, 0.87 내지 1.2 um 및 2.0 내지 4.0 um 산화물에서 피크를 갖는 특정 이봉 입자 크기 분포를 갖는 산화물을 포함할 수 있다. 하나 이상의 특정 실시예에서, 이봉 산화물 분포는 제1 산화물 유형의 0 내지 90%, 그리고 나머지 연단 및 제2 산화물 유형(즉, 상이한 크기를 가짐)의 0 내지 90% 범위일 수 있으며, 보다 바람직하게는, 이봉 산화물 분포는 제1 산화물 유형의 20% 내지 50%, 그리고 나머지 연단 및 제2 산화물 유형의 20% 내지 50% 범위일 수 있다. 입자 크기의 차이는 더 효율적인 패킹을 유발하고, 최종 활성 물질에 우수한 특성을 부여할 수 있다. 다양한 실시예가 설명되지만, 당업자는 본 발명의 전체적인 범위를 벗어나지 않으면서 의도된 목적을 위해 변형이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 당업계의 현재의 표준 방법은 (PSD) D50 => 2.0 um의 입자 크기 분포를 갖는 열 분쇄(thermal mill) 산화물, 또는 PSD D50 => 0.7을 갖는 마멸 분쇄(attrition mill) 산화물을 사용하는 것임을 유의한다. PSD는 헬리오스(Helios) 레이저 입자 크기 분석기에 의해 측정될 수 있다. 이들 파라미터는 단지 예시적인 것이며, 기계 유형 및 처리 조건에 따라 좌우된다. 예를 들어, 납 함유 산화물을 제조하기 위한 다양한 방법이 알려져 있으며, 예를 들어 바톤 포트 방법(열적) 및 보올 밀 방법(마멸)이 알려져 있다. 두 가지 방법으로 인해 발생하는 산화물의 입자 크기 분포는 상이할 수 있다. 예를 들어, 바톤 포트 방법은 (예를 들어) 2.0 내지 4.0 um의 피크 D50 분포를 생성할 수 있는 반면에(도 10 참조), 보올 밀 산화물은 (예를 들어) 0.7 um 내지 1.2 um의 D50 분포를 가질 수 있다(도 11 참조).
일 실시예에서, 음극 활성 물질(130) 또는 음극 물질(mass)은 추가로 또는 대안적으로 개선될 수 있다. 예를 들어, 음극 물질 제조법은 개선된 증량제, 또는 전술한 목적을 달성하는 다른 대안을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 음극 물질은 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 음극판(106)의 개선된 AGM 배터리 충전 수용률은 다음 중 하나 이상을 개별적으로 또는 조합하여(예를 들어, 음극 페이스트(130)에 대한 첨가물로서, 또는 음극 페이스트 물질에 포함됨) 사용함으로써 달성될 수 있다:
ㆍ 이에 한정됨이 없이, 0.01 내지 1.0 중량 퍼센트(중량%)이고, 보다 바람직하게는 0.09 내지 0.9 중량%일 수 있는 선량 레벨에서, 의도된 목적을 위한 특정 특성을 갖는 높은 표면적의 전도성 카본 블랙, 및/또는 천연 또는 합성 흑연, 및/또는 탄소 나노튜브, 및/또는 그래핀, 및/또는 활성탄 등과 같은, 하나 이상의 탄소(탄소질 재료); 예를 들어, 탄소 나노튜브와 같은 일부 성분에 대한 선량 레벨은 매우 낮고 0.01 내지 0.1 중량%일 수 있는 반면에, 활성탄 및 흑연은 1.0 중량% 선량 레벨에 근접할 수 있음;
ㆍ 이에 한정됨이 없이, 특히 0.01 내지 1.0 중량%이고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.5 중량%일 수 있는 선량 레벨에서, 예를 들어 목재 화학 물질(예를 들어, 리그닌, 리그노술폰산염, 휴민산염 또는 휴민산(및 이의 이온성 염, 즉 나트륨 리그노술폰산염))로부터 유도된, 예를 들어, 합성(예를 들어, 나프탈렌 술폰산염 응축물, 페놀 술폰산염 응축물 분자) 및/또는 유기 또는 비-합성 물질을 포함하는, 분산제 유형 재료와 같은 하나 이상의 유기 증량제; 및/또는
ㆍ 0.5 내지 2.0 중량%의 범위이고, 보다 바람직하게는 0.7 내지 1.25 중량%의 범위일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 0.90 내지 1.10 중량%의 범위일 수 있는 중량% 선량 레벨에서, 미립자 크기의 황산바륨(예를 들어, 0.1 미크론, 0.7 미크론(um, ㎛))일 수 있는 황산바륨.
또한, 본원에 설명된 목적을 달성하는 대안적인 음극 물질 제조법이 제공될 수 있다.
전술한 것을 참조하면, 탄소 나노튜브 등은 활성 물질 중에 전도성 매트릭스를 유지시킬 수 있으므로, 특히 마이크로 하이브리드 및 시동-정지 적용예에 사용되는 바와 같은 마이크로 사이클링과 관련하여, 성능을 개선할 수 있다. 다른 실시예에서, 표면 산화된 흑연, 그리고 높은 표면적 및 높은 구조를 갖는 전도성 카본 블랙은 또한 개선된 성능을 제공한다. 실시형태의 추가적인 실시예에 따라, 전도성의 큰 입자 탄소 및 더 작은 입자 탄소 형태(예를 들어, 동소체)와 같은 하나 이상의 탄소가 (중량 퍼센트로) 조합될 수 있다.
유리하게는, 미립자 황산바륨은 방전 동안 더 많은 수의 작은 황산납 결정을 생성한다. 결과적으로, 이러한 작은 황산납 결정은 큰 황산납 결정보다 충전 동안 더 쉽게 용해됨으로써, 충전 수용률의 개선을 유발한다.
전술한 것과 더불어, 음극판(106)은 조밀한 부동태화 황산납의 축적을 억제하는 유리한 특징을 또한 가질 수 있다. 예를 들어, 음극판(106)의 경우, 충전/방전 반응은 납을 황산납으로 전환(방전)하고, 황산납을 납으로 전환(충전)하는 것을 포함한다. 이 과정은 용해-침강 메커니즘을 통해 진행된다. 용해 또는 침강에 영향을 주는 성분은 성능에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, (1) 미립자 황산바륨은 미세 황산납 증착 및 용해를 위한 더 많은 핵형성 지점을 제공하는 것으로 여겨지고; (2) 유기 증량제는 비-다공성 층으로서의 납의 증착을 방해하는 표면 활성 분자이며, 납은 유기 증량제의 존재 하에서 높은 표면적의 스펀지 납으로서 증착되고, 즉 유기물은 납 전극의 소결을 방지하며; (3) 탄소 전도성 망은 활성 물질의 내부 부분을 더 잘 활용할 수 있게 하므로, 물질 이동이 가장 용이한 판의 표면으로 반응이 제한되지 않는다. 전술한 것은 활성 물질의 내부로의 접근을 막는 판의 표면 상의 황산납 축적을 완화하도록 보조한다.
또한, 음극판(106)은 하나 이상의 실시예에서, 배터리(100)의 수명 동안 기능을 유지하는 유리한 특징을 가질 수 있다. 예를 들어, 음극판(106)은 적은 가스 발생 및 적은 물 소비량을 가질 수 있으므로, 예를 들어, 유휴-정지-시동 작동 동안 차량(102)에서 더 긴 유용한 사용 수명을 가능하게 한다. 제한적이지 않은 실시예로서, 성분(예를 들어, 황산바륨, 유기 증량제, 및 탄소 첨가제)의 표면 활성 특성은 활성 물질 표면의 전기 화학 전위를 변경시킬 수 있고, 이에 따라, 가스 방출과 같은 기본적인 반응의 속도를 변경시킬 수 있다. 첨가제는 전기 화학을 변경시키도록 작용할 수 있으므로, 가스가 생성되는 전위 또는 속도를 변경시킬 수 있다. 납산 배터리는 충전 시에 가스(음극으로부터의 수소 및 양극으로부터의 산소)를 생성하고, 가스 보호(및 물 손실) 속도가 페이스트 첨가제에 의해 변경될 수 있다. 높은 표면적을 갖는 성분은 전류 밀도를 낮출 수 있으며, 탄소는 용량성 효과를 가질 수 있고, 유기 물질이 표면과 결합함으로써 표면으로의 접근을 막을 수 있으므로, 가스가 방출되는 전위를 상승시킬 수 있다.
전술한 것과 더불어, 실시형태의 하나 이상의 실시예에서, (표면 스크림이 있거나 없는) 부착된 판(104 및/또는 106)은 예를 들어, 그 전체 내용이 전체적으로 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 공개번호 제2015/0104715호에 개시된 바와 같은 복수의 홈을 제공하기 위해, 표면 상에 임프린트를 갖거나 임프린팅될 수 있다. 상기 공보에 개시된 바와 같이, 임프린트 또는 홈은 다른 이점 중에서도, 전해질 유동 및 공기 제거를 보조할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 다양한 홈의 "와플" 패턴 표면 처리부(150)가 이에 한정됨이 없이, 양극판(104)과 같은 판 표면(148) 상에 제공될 수 있다. 또한, 판 표면 처리부는 음극판(106)(또는 일부 실시형태에서, 양극판(104)) 상에 "리플" 패턴을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 페이스팅 종이(132)가 또한 사용될 수 있으며, 예를 들어 판(104, 106)에 추가될 수 있다.
나타낸 바와 같이, 분리기 재료(108)가 각각의 양극판(104)과 음극판(106) 사이에 제공될 수 있다. 분리기(108)는 흡수 유리 매트 또는 AGM일 수 있고, 실시형태의 하나 이상의 실시예에서, 양극판 및 음극판(104, 106) 중 하나(또는 둘 다) 사이에 제공되거나/끼워지거나, 또는 이의 일부분의 둘레에 둘러싸일 수 있다. 단일 또는 이중 층의 AGM(108)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 분리기가 양극판 상에 제공될 수 있고, AGM(108)이 양극판/음극판과 함께 사용될 수도 있다. 흡수 유리 매트(108)는 매트로 직조된 얇은 유리 섬유(또는 보다 통상적으로 부직포 증착 섬유)를 포함하는, 기존의 흡수 유리 매트 분리기와 유사하게 및/또는 유사한 재료로 구성될 수 있다. 그러나, 본원에 개시된 목적을 달성하는 이에 대한 변형예가 또한 수용 가능할 수 있다. 실시형태의 하나 이상의 실시예에서, 얇은 유리 스크림 또는 매트가 양극판 상에 제공될 수 있다.
전형적으로 황산인 전해질이 배터리(100)에 포함될 수 있다. 다양한 실시예에서, 전해질은 하나 이상의 금속 이온을 포함할 수 있다. 이를 위해, 황산 전해질은 하나 이상의 금속 황산염을 포함하는 황산 용액일 수 있다. 보다 구체적으로는, 일 실시예에서, Al, Mg, Na, K, Li, Zn 등의 원소로부터의 가용성 금속 황산염 중 하나 이상의 특정하게 최적화된 조합물이 본원에서 설명된 개선된 배터리 성능을 달성하도록 선택될 수 있다. 현재의 산업계 표준은 10 내지 15 g/리터의 Na이다. 본원에서 설명된 전해질은 바람직하게는 다음 중 하나 이상의 조합물을 가질 수 있다: 각각에 대해 0 g/리터 내지 10 g/리터의 범위이고 총 15 g/리터 이하인, Mg, Mg+Na, Al, Al+Na, 및/또는 Zn, Zn+Na. 대체로, 사용되는 메커니즘은 통상적인 이온 효과이다(예를 들어, 황산염이 통상적임). 이것은 전해질에 이미 있는 염의 양에 따라, 충전 동안 황산납의 용해를 방해하거나 허용한다. 또한, 전기 화학 전위를 변경시키도록 작용하는 음극 표면 상에 금속 이온이 증착되는 이차 메커니즘이 사용될 수 있다. 충전을 수용하는 능력이 강화되며, 일부 실시예에서는 표준 배터리보다 약 50%만큼 강화된다. 구체적인 실시예가 위에서 설명되었지만, 제공된 목적을 위해 이에 대한 변형예가 또한 수용 가능할 수 있다.
실시형태의 하나 이상의 대안적인 실시예에서, 분리기 조성의 변경, 배터리 용기(114)를 위한 폴리머의 변경, 및/또는 다른 새로운 또는 대안적인 성분을 포함하지만 이에 한정되지 않는, AGM 납산 배터리의 다양한 추가적인/대안적인 요소가 원하는 성능을 달성하도록 개선 또는 변경될 수 있다.
따라서, 본원에서 실시형태의 하나 이상의 실시예에 설명된 바와 같은 배터리(100)는, 새로운 음극 페이스트 제조법 및/또는 페이스트 성분, 전해질에 대한 첨가제, 스크림 표면 패턴, 및 본원에서 설명된 유형의 방사상 완전 프레임형 양극 및 음극 그리드를 포함한다. 실시형태의 일부 실시예에서, 전술한 것은 흡수 유리 매트와 공동으로 사용된다. 그러나, 전술한 구성 요소 중 하나 이상을 갖는 납산 배터리는 흡수 유리 매트 없이 제공될 수 있고, 대신에 분리기가 제공될 수 있음을 고려한다.
보다 구체적으로는, 납산 축전지(100)가 개시된다. 배터리는 커버를 갖는 용기를 포함한다. 용기는 하나 이상의 격실을 포함한다. 하나 이상의 격실에는 하나 이상의 전지 요소가 제공되며, 하나 이상의 전지 요소는, 양극 그리드, 및 양극 그리드 상의 양극 전기 화학 활성 물질을 갖는 양극판; 음극 그리드, 및 음극 그리드 상의 음극 전기 화학 활성 물질을 갖는 음극판으로서, 음극 전기 화학 활성 물질은 미립자 황산바륨 및 유기 증량제를 포함하는, 음극판; 및 양극판과 음극판 사이의 분리기를 포함한다. 용기 내에는 전해질이 제공된다. 하나 이상의 단자 기둥이 용기 또는 커버로부터 연장되며, 하나 이상의 전지 요소에 전기적으로 연결된다. 실시형태의 일부 실시예에서, 분리기와 더불어 또는 분리기 대신에, 흡수 유리 매트가 제공될 수 있다. 또한, 판 및/또는 스크림 표면 상의 임프린팅된 패턴뿐만 아니라, 스크림이 제공될 수 있다. 실시형태의 일부 실시예에서, 음극 전기 화학 활성 물질에 탄소가 또한 제공될 수 있다. 또한, 산화물의 이봉 입자 분포가 예를 들어, 양극판 상의 활성 물질에 제공될 수 있다.
실시형태의 하나 이상의 실시예에 따라, 설명된 특징 중 하나 이상의 결과로서, 내구성(예를 들어, 사이클링, 물 소비량, 엔진 룸 사용 수명, 및 상시 시동-정지 기능)을 가질 수 있는 배터리(100)가 본원에서 개시된다. 또한, 배터리(100)는 부분적으로 충전된 상태일 뿐만 아니라, 동적 및/또는 정적 충전 수용률일 수 있는 높은 충전 수용률을 가질 수 있다. 또한, 배터리(100)는 냉간 시동 및 열간 시동을 포함하는 엔진 시동을 위해 유지될 수 있는 높은 전류 성능을 가질 수 있다. 또한, 배터리(100)는 특히, 차량(102)의 출발 시의 동력 보조를 위해 유리할 수 있는 높은 전류 성능을 가질 수 있다. 또한, 배터리(100)는 특히, 시동-정지 작동 시에 정지 이벤트 동안 차량(102) 시스템을 유지시키기 위해(예를 들어, 조명, AC, 탑재 컴퓨터, 및 다른 차량 시스템을 위해) 유용할 수 있는 높은 용량을 가질 수 있다.
유리하게는, 본원에서 설명된 특징을 갖는 배터리(100)는 개선된 성능을 가지며, 시간이 지남에 따라 일관된 사이클링 성능 및 지속 가능하고 고속의 재충전 가능성을 제공한다. 활성 물질 조성 또는 제조법은 기존의 AGM 배터리에 비해, 변경되거나 개선된 충전 수용 성능 및/또는 효율(예를 들어, 동적 충전 수용률)을 제공한다. 따라서, 본원에서 설명된 특징 중 하나 이상을 갖는 배터리(100)는 시동-정지 작동을 위해 적합한, 부분적으로 방전된 상태로 작동될 때 강화된 충전 수용률을 산출할 수 있다. 또한, 본원에서 설명된 특징 중 하나 이상을 갖는 배터리(100)는 시동-정지 작동뿐만 아니라, 회생 제동에 사용하기 위해 적합한 강화된 동적 충전 수용률을 제공할 수 있다. 또한, 배터리(100)는 종래의 배터리보다 훨씬 더 긴 수명 동안 차량(102)의 시동-정지 기능을 유지시킬 수 있는 높은 부분 상태의 충전 사이클링 성능(내구성)을 가질 수 있다. 또한, 배터리(100)는 우수한 냉간 크랭킹 용량 및 엔진 룸 수명을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 강화된 ISS(유휴 시동 정지) 성능을 가질 수 있다.
실시예
이하의 실시예는 본 발명을 수행하는 실시형태의 하나 이상의 실시예의 예시이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니다.
실시예 1
실시형태의 하나 이상의 실시예에서, 본원에서 설명된 배터리(100)의 충전 수용률, 및 특히 동적 충전 수용률이 다양한 산업 표준에 대해 비교되었다. 본원에서 설명된 다양한 구성 요소를 포함하는 다수의 배터리가 조립되었다. 특히, 도시된 실시예에서, 다양한 산업 표준예와 비교하여 테스트된 특정 배터리는 미립자 황산바륨, 유기 증량제, 및 전도성 탄소를 갖는 음극판과 같은 판을 포함하였다. 또한, 샘플링된 배터리의 양극판 및 음극판 모두는 Johnson Controls, PLC(위스콘신주, 밀워키)로부터 입수 가능한 PowerFrame® 그리드, 스크림, 및 판 상의 표면 처리부를 포함하였다.
산업 표준에 따라 수행된 동적 충전 수용률 테스트(DCA)를 도시하는 도 13에서 알 수 있는 바와 같이, 본원에서 설명된 배터리(100)는 다양한 예시적인 표준 배터리보다 훨씬 더 우수하게 작동되었다. 알 수 있는 바와 같이, 테스트 결과는 0.6 A/Ahr보다 더 크고, 몇몇 경우에 0.7 A/Ahr보다 더 큰 DCA를 갖는 배터리를 나타낸다. 이러한 결과는 표준 배터리의 2배 내지 5배 범위의 성능을 나타내며, 동적 충전 수용률에 대한 산업계 평균의 2배 내지 3배 범위일 수 있다.
구체적인 실시예가 도시되지만, 당업자는 이들이 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 전체적인 범위를 벗어나지 않으면서 이에 대한 변형이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.
본원에 사용된 바와 같은 "대략", "약", "실질적으로"란 용어, 및 유사한 용어는 본 개시물의 청구 대상이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 통상적인 그리고 수용되는 용법과 조화되는 넓은 의미를 갖는 것으로 의도된다. 본 개시물을 검토하는 당업자라면 이러한 용어가 이러한 특징의 범위를 제공된 정확한 수치 범위로 제한하지 않으면서 설명 및 청구된 특정한 특징의 설명을 가능하게 하기 위해 의도된 것임을 이해해야 한다. 따라서, 이러한 용어는 설명 및 청구된 청구 대상의 미량의 또는 중요하지 않은 수정 또는 변경이 첨부된 청구범위에 언급된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주됨을 나타내는 것으로서 해석되어야 한다.
본 설명에서 상대적 위치(예를 들어, "상부" 및 "하부")에 대한 참조는 단지 도면에서 배향된 바와 같은 다양한 요소를 식별하기 위해 사용된다는 점을 유의해야 한다. 특정 구성 요소의 배향은 이들이 사용되는 적용예에 따라 크게 달라질 수 있음을 인식해야 한다.
본 개시물의 목적을 위해, "연결된"이라는 용어는 2개의 부재가 서로 직접적으로 또는 간접적으로 결합되는 것을 의미한다. 이러한 결합은 사실상 고정식일 수 있거나, 또는 사실상 이동식일 수 있다. 이러한 결합은 2개의 부재, 또는 2개의 부재 및 임의의 추가적인 중간 부재가 단일의 통합된 본체로서 서로 일체형으로 형성됨으로써, 또는 2개의 부재, 또는 2개의 부재 및 임의의 추가적인 중간 부재가 서로 부착됨으로써 달성될 수 있다. 이러한 결합은 사실상 영구적일 수 있거나, 사실상 착탈식이거나 해제 가능할 수 있다.
또한, 실시형태의 다양한 실시예에 도시된 바와 같은 시스템, 방법, 및 장치의 구성 및 배치는 단지 예시적인 것임을 유의하는 것이 중요하다. 본 개시물에서 단지 몇 가지의 실시형태만이 상세하게 설명되었지만, 본 개시물을 검토하는 당업자라면 언급된 청구 대상의 새로운 교시 및 장점으로부터 실질적으로 벗어나지 않으면서, 많은 변경(예를 들어, 다양한 요소의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율, 파라미터의 값, 장착 배열, 재료의 사용, 색상, 배향 등의 변경)이 가능하다는 것을 용이하게 이해할 것이다. 예를 들어, 일체형으로 형성된 것으로 도시된 요소가 다수의 부분으로 구성될 수 있거나, 또는 다수의 부분으로 도시된 요소가 일체형으로 형성될 수 있으며, 인터페이스의 작동이 반전되거나 달리 변경될 수 있고, 시스템의 구조물 및/또는 부재 또는 커넥터 또는 다른 요소의 길이 또는 폭이 변경될 수 있으며, 요소들 사이에 제공된 조정 위치의 특성 또는 수가 (예를 들어, 맞물림 슬롯의 수, 또는 맞물림 슬롯의 크기, 또는 맞물림의 유형의 변경에 의해) 변경될 수 있다. 임의의 공정 또는 방법 단계의 순서 또는 시퀀스는 대안적인 실시형태에 따라 변동되거나 재배열될 수 있다. 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서, 실시형태의 다양한 실시예의 설계, 작동 조건 및 배열에 있어서 다른 대체, 변형, 변경 및 생략이 이루어질 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태의 실시예와 함께 설명되었지만, 다양한 대안, 변형예, 변경예, 개선예 및/또는 실질적인 등가물은 알려져 있든 현재 예측되거나 예측될 수 있든 상관없이, 적어도 통상의 당업자에게 명백해질 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같은, 본 발명의 실시형태의 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다. 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 알려져 있거나 이전에 전개된 모든 대안, 변형예, 변경예, 개선예 및/또는 실질적인 등가물을 포함하도록 의도된다.
본 명세서에서 기술적 효과 및 기술적 문제는 예시적인 것이며, 제한적인 것이 아니다. 본 명세서에 설명된 실시형태는 다른 기술적 효과를 가질 수 있고, 다른 기술적 문제를 해결할 수 있음을 유의해야 한다.

Claims (20)

  1. 납산 축전지로서,
    커버를 갖고, 하나 이상의 격실을 포함하는 용기;
    상기 하나 이상의 격실에 있는 하나 이상의 전지 요소로서, 상기 하나 이상의 전지 요소는,
    양극 그리드, 및 상기 양극 그리드 상의 양극 전기 화학 활성 물질을 갖는 양극판,
    음극 그리드, 및 상기 음극 그리드 상의 음극 전기 화학 활성 물질을 갖는 음극판으로서, 상기 음극 전기 화학 활성 물질은 미립자 황산바륨 및 유기 증량제를 포함하는, 음극판, 및
    상기 양극판과 상기 음극판 사이의 흡수 유리 매트 분리기를 포함하는, 하나 이상의 전지 요소;
    상기 용기 내의 전해질; 및
    상기 용기 또는 상기 커버로부터 연장되며, 상기 하나 이상의 전지 요소에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 단자 기둥을 포함하는,
    납산 축전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 음극 전기 화학 활성 물질은 높은 표면적의 전도성 카본 블랙, 천연 또는 합성 흑연, 탄소 나노튜브, 그래핀, 및 활성탄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 탄소를 더 포함하는, 납산 축전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전해질은 하나 이상의 금속 황산염을 포함하는 황산 용액을 포함하며, 상기 금속 황산염은 Al, Mg, Na, K, Li, 및 Zn 원소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 가용성 금속 황산염인, 납산 축전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극 전기 화학 활성 물질 및 상기 음극 전기 화학 활성 물질 중 적어도 하나는 산화물의 이봉 입자 크기 분포를 갖는, 납산 축전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유기 증량제는 나프탈렌 술폰산염인, 납산 축전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 양극판과 상기 음극판 사이에 추가적인 분리기를 더 포함하는, 납산 축전지.
  7. 제1항에 있어서,
    페이스팅 종이를 더 포함하는, 납산 축전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유기 증량제는 목재 화학 물질인, 납산 축전지.
  9. 납산 축전지로서,
    커버를 갖고, 하나 이상의 격실을 포함하는 용기;
    상기 하나 이상의 격실에 있는 하나 이상의 전지 요소로서, 상기 하나 이상의 전지 요소는,
    양극 그리드, 및 상기 양극 그리드 상의 양극 전기 화학 활성 물질을 갖는 양극판,
    음극 그리드, 및 상기 음극 그리드 상의 음극 전기 화학 활성 물질을 갖는 음극판으로서, 상기 음극 전기 화학 활성 물질은 미립자 황산바륨 및 유기 증량제를 포함하는, 음극판, 및
    상기 양극판과 상기 음극판 사이의 분리기를 포함하는, 하나 이상의 전지 요소;
    상기 용기 내의 전해질; 및
    상기 용기 또는 상기 커버로부터 연장되며, 상기 하나 이상의 전지 요소에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 단자 기둥을 포함하는,
    납산 축전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 음극 전기 화학 활성 물질은 높은 표면적의 전도성 카본 블랙, 천연 또는 합성 흑연, 탄소 나노튜브, 그래핀, 및 활성탄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 탄소를 더 포함하는, 납산 축전지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전해질은 하나 이상의 금속 황산염을 포함하는 황산 용액을 포함하며, 상기 금속 황산염은 Al, Mg, Na, K, Li, 및 Zn 원소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 가용성 금속 황산염인, 납산 축전지.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 양극 전기 화학 활성 물질 및 상기 음극 전기 화학 활성 물질 중 적어도 하나는 산화물의 이봉 입자 크기 분포를 갖는, 납산 축전지.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 유기 증량제는 목재 화학 물질인, 납산 축전지.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 유기 증량제는 나프탈렌 술폰산염인, 납산 축전지.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 양극판과 상기 음극판 사이에 추가적인 분리기를 더 포함하는, 납산 축전지.
  16. 제9항에 있어서,
    페이스팅 종이를 더 포함하는, 납산 축전지.
  17. 납산 축전지로서,
    커버를 갖고, 하나 이상의 격실을 포함하는 용기;
    상기 하나 이상의 격실에 있는 하나 이상의 전지 요소로서, 상기 하나 이상의 전지 요소는,
    양극 그리드, 및 상기 양극 그리드 상의 양극 전기 화학 활성 물질을 갖는 양극판,
    음극 그리드, 및 상기 음극 그리드 상의 음극 전기 화학 활성 물질을 갖는 음극판으로서, 상기 음극 전기 화학 활성 물질은 하나 이상의 탄소, 미립자 황산바륨, 및 하나 이상의 유기 증량제를 포함하는, 음극판, 및
    상기 양극판과 상기 음극판 사이의 흡수 유리 매트 분리기를 포함하는, 하나 이상의 전지 요소;
    상기 용기 내의 전해질로서, 상기 전해질은 하나 이상의 금속 황산염을 포함하는 황산 용액을 포함하고, 상기 금속 황산염은 Al, Mg, Na, K, Li, 및 Zn 원소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 가용성 금속 황산염인, 전해질; 및
    상기 용기 또는 상기 커버로부터 연장되며, 상기 하나 이상의 전지 요소에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 단자 기둥을 포함하는,
    납산 축전지.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 하나 이상의 탄소는 높은 표면적의 전도성 카본 블랙, 천연 또는 합성 흑연, 탄소 나노튜브, 그래핀, 및 활성탄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 납산 배터리.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 양극 전기 화학 활성 물질 및 상기 음극 전기 화학 활성 물질 중 적어도 하나는 산화물의 이봉 입자 크기 분포를 갖는, 납산 축전지.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 유기 증량제는 나프탈렌 술폰산염인, 납산 축전지.
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